Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния трещиноватых газоносных пористых угольных пластов

Авторы:

Халкечев К.В. доктор физ.-мат. наук, доктор техн. наук, профессор кафедры Геологии и маркшейдерского дела НИТУ МИСИС, 119049, г. Москва, Россия, e-mail: h_kemal@mail.ru
Левкин Ю.М. доктор техн. наук, профессор кафедры Промышленного, гражданского и подземного строительства ФГАОУ ВО ?Московский политехнический университет?, 107023, г. Москва, Россия, e-mail: lev5353@bk.ru

УДК: 622.023.62:658.012.001.57 c К.В. Халкечев1, Ю.М. Левкин2, 2026
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2026-8-65-67

Аннотация

В статье проведен анализ существующих математических моделей напряженнодеформированного состояния трещиноватых газоносных пористых угольных пластов. Установлено, что в существующих математических моделях учитываются поле напряжений в микроструктурных составляющих и давление в газонаполненных порах. Но остаются без внимания напряжения, обусловленные сжимаемостью газов и трещиноватостью угольного пласта. В результате искажается реальная картина поля напряжений, являющегося одной из основных характеристик, влияющих на добычу угля. Для решения данной проблемы предложена математическая модель, учитывающая сжимаемость газа в порах, при которой выделяется тепло, и вместе с этим возникает термическое напряжение. При построении модели доказано, что различные виды газов в порах могут рассматриваться как идеальные, поскольку у них коэффициент сжимаемости близок к единице. Приведен пример расчета дополнительного термического напряжения при сжатии метана с заданными начальными параметрами.

Ключевые слова: Поле напряжений, угольный пласт, термическое напряжение, трещиноватость, модель, сжимаемость газа, газонаполненные поры, магистральная трещина.

Список литературы

Gao K., Chang S., Zhang S., Liu B., Liu J. Comprehensive Assessment of Coalbed Methane Content Through Integrated Geophysical and Geological Analysis: Case Study from YJP Block. Processes. 2025;(13):1401. DOI: 10.3390/pr13051401.
Leng K., Guan B., Liu W., Jiang C., Cong S., Xin Y. Research progress of coalbed methane extraction. Energy Reports. 2024;(12):5728-5746. DOI: 10.1016/j.egyr.2024.11.030.
Guo W., Wei Y., Cao D. et al. Review on Main Controlling Factors and Key Simulation Techniques of Hydro-Fracturing Potential for Coalbed Methane Reservoirs: Recent Progress, Challenges, and Prospects. ACS Omega. 2026;(11):15617-15641. DOI: 10.1021/acsomega.5c12789.
Bertrand F., Cerfontaine B., Collin F. A fully coupled hydro-mechanical model for the modeling of coalbed methane recovery. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2017;(46):307-325. DOI: 10.1016/j. jngse.2017.07.029.
Fan L., Liu S. Numerical prediction of in situ horizontal stress evolution in coalbed methane reservoirs by considering both poroelastic and sorption induced strain effects. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018;(104):156-164. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.02.012.
Wen Z., Guo S., Zhao Y. et al. Mechanism of microscopic behind the influence of stress loading on gas adsorption by coal. Scientific Reports. 2025;(15):3253. DOI: 10.1038/s41598-025-87477-8.
Liu H., Lin B., Mou J., Yang W. Experimental study and modelling of coal stress induced by gas adsorption. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2020;(74):103092. DOI: 10.1016/j.jngse.2019.103092.
Халкечев К.В. Нелинейная математическая модель динамической системы трещиноватости в минералах углевмещающих горных пород // Уголь. 2019;(10):92-94. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-10-92-94. Khalkechev K.V. Nonlinear mathematical model of the fracturing dynamic system in minerals of coal-bearing rocks. Ugol’. 2019;(10): 92-94. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2019-10-92-94.
Халкечев К.В., Халкечев Р.К., Левкин Ю.М., Математическая модель поля напряжений в целиках с учетом магистральной трещины на угольных месторождениях // Уголь. 2023;(7):56-58. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-7-56-58. Khalkechev K.V., Khalkechev R.K. & Levkin Yu.M. Mathematical model of the stress field in the pillars with due account taken of the main crack in coal fields. Ugol’. 2023;(7):56-58. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-7-56-58.
Халкечев Р.К., Левкин Ю.М., Халкечев К.В. Разработка математической модели поля напряжений в целиках слоистой текстуры на угольных месторождениях // Уголь. 2023;(8):84-86. DOI: 10.18796/0041- 5790-2023-8-84-86. Khalkechev R.K., Levkin Yu.M., Khalkechev K.V. Mathematical model development of the stress field in the pillars stratified texture in coal deposits. Ugol’. 2023;(8):84-86. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-8-84-86.
Математическое обеспечение информационной системы анализа процесса разрушения трещиноватой кровли на угольных месторождениях / Р.К. Халкечев, К.В. Халкечев, Ю.М. Левкин и др. // Уголь. 2023;(12):64-66. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-12-64-66. Khalkechev R.K., Khalkechev K.V., Levkin Yu.M., Kuzmenko S.Yu. Mathematical support of the information system for analyzing the process of fractured roof destruction in coal fields. Ugol’. 2023;(12):64-66. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-12-64-66.
Халкечев К.В., Левкин Ю.М., Абрамкин Н.И. Разработка математической модели поля напряжений в окрестности магистральной трещины продольного сдвига в кровле горной выработки // Уголь. 2024;(7):52-54. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-7-52-54. Khalkechev K.V., Levkin Yu.M., Abramkin N.I. Development of a mathematical model of the stress field in the vicinity of a longitudinal shear main crack in the mine roof. Ugol’. 2024;(7):52-54. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-7-52-54.

Для цитирования

Халкечев К.В., Левкин Ю.М. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния трещиноватых газоносных пористых угольных пластов // Уголь. 2026;(8):65-67. DOI: 10.18796/0041-5790-2026-8-65-67.

Информация о статье
Поступила в редакцию: 30.04.2026
Поступила после рецензирования: 17.07.2026
Принята к публикации: 30.07.2026